车身轻量化材料有哪些

汽车轻量化是什么？如何实现？材料、技术有哪些？

一、汽车轻量化的概念

汽车轻量化主要通过结构优化设计、轻量化材料的使用、先进制造技术的应用以及它们的交叉应用来实现。汽车轻量化技术的研发也是围绕这些方向进行的。目前汽车轻量化的技术手段主要有三种:轻量化材料的应用、轻量化汽车的设计和轻量化汽车的制造技术。

随着《中国制造2025》的发布，汽车轻量化成为国家战略。2019年，由中国汽车工程协会主办的第十三届汽车轻量化大会将轻量化定义为通过减轻自身重量，提高整车经济性和动力性，同时保持车辆安全性、 *** 纵稳定性和舒适性，从而减少尾气污染的设计方法。

目前，汽车的轻量化早已成为大众最关心的问题之一。在世界各国的汽车工业中，汽车轻量化一般被定义为通过结合轻量化技术和各种轻量化材料制造技术，使整个汽车质量尽可能小的目标，从而达到一个更长远的目标，即在提高汽车动力的同时降低油耗和尾气污染。

汽车轻量化的最终目的是控制成本，节约能源，优化各种零部件和车型，保证汽车的强度和安全性能不受影响。因为汽车燃料提供的动力是克服摩擦力做功，摩擦力与重力成正比，所以理论上可以得出结论，当汽车整车质量下降时，需要克服的摩擦力相应下降，提供的动力也随之下降。同时，实验结果表明，整车质量减少10%，燃油效率会提高6%-8%。

二、汽车轻量化的实现技术和方法

实现汽车轻量化的技术途径主要包括:

①优化汽车结构设计。美国的F-16飞机采用了轻量化技术，最大化了机身的有效空间隙，只有几平方分米的空间隙。同样，我们可以用较少的材料消耗确保高强度的车辆结构。

②使用优化材料，随着我国材料科学的兴起，很多新材料可以替代以前使用的普通钢材；目前，实现汽车轻量化的主要措施是使用优化材料。

③结构智能化设计，如利用有限元分析等方法对车体主要部件进行局部加强设计，对非主要承重部件进行合理弱化。

④在保证汽车性能的前提下，合理精细地减薄车身板厚。

实现轻量化的三种方式

三、汽车轻量化政策梳理

2012年节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年):2020年，新增乘用车平均燃料消耗量达到5.0 L/100km。

2015，“中国制造2025”:提高动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力。

2016年，GB 19578《乘用车燃料消耗量限值》和GB27999《乘用车燃料消耗量评价方法和指标》:不断降低我国乘用车燃料消耗量，使2020年我国乘用车平均燃料消耗量水平下降到5 L/100km左右。

2016年节能与新能源汽车技术路线图:2020年比2015年增长10%，2025年增长20%，2030年增长35%。

2018年《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》:按照《乘用车燃料消耗量评价方法和指标》(GB 27999-2014)计算乘用车企业燃料消耗量实际值和目标值，促进5.0L/100km目标的实现。

四。汽车轻量化材料发展综述

汽车轻量化材料的应用是目前广泛使用的一种轻量化方法，其优势在于只需更换材料就能达到更好的轻量化效果。结果表明，总质量为1229kg的汽车，通过减重和二次减重(汽车总质量减少，动力单元部件可相应减少)，可减重444Kg。

主要轻质材料特性

目前汽车行业常用的轻量化材料有高强度钢、超高强度钢、铝/镁合金、塑料等非金属材料。目前汽车用高强度钢有三代:基于铁素体的第一代汽车用高强度钢，基于奥氏体的第二代汽车用高强度钢，基于马氏体和奥氏体的第三代高强度钢。

目前广泛使用的是第一代双相钢(DP钢)。第一代汽车用高强度钢比后两代强度低，但易于加工。第二代汽车用高强度钢强度有了很大提高，但锰含量高，所以成本高，屈服强度低，加工困难，实际使用较少。考虑到性能、加工难度和成本，第三代汽车用高强度钢有望在未来得到广泛应用。铝合金中，铸造铝合金应用广泛，常用于制造发动机、离合器、车轮等。铝合金材料应用的最大障碍是成本和加工技术的难度。

目前镁合金在汽车制造中应用较少，但其性能和密度较好，在未来汽车轻量化应用中潜力巨大。非金属材料过去多用于汽车内饰件，但随着碳纤维等高比强度复合材料的出现，非金属材料开始广泛应用于汽车外饰件和结构件。

汽车轻量化材料消耗目标

动词 （verb的缩写）汽车轻量化设计发展综述

近年来，汽车的轻量化设计得益于计算机技术的发展，尤其是各种CAE和CAM软件的应用。常用的设计分析软件包括UG、ANSYS、Moldflow和AutoForm等。

结构优化是一种应用较早、发展较为成熟的优化设计方法。尺寸优化是在满足相关力学性能指标的前提下，通过调整汽车及零部件的尺寸来实现轻量化的优化方式。常用的方法有响应面函数法和等效静力法。

形状优化是指通过改变汽车或零件的形状来改善其受力状况，从而减少材料的使用，降低质量。对于形状比较规则的零件，形状优化往往是参数化的，解决的是尺寸优化的问题。对于形状不规则的零件，采用参数化形状优化和克里金近似模型技术。

拓扑优化是根据给定的条件，利用有限元方法对材料的分布进行优化，还有多学科设计优化等其他方法。汽车的轻量化设计经常与汽车的轻量化材料一起使用。根据材料的力学性能重新设计汽车和零部件，可以达到更好的轻量化效果。

不及物动词汽车轻量化技术发展综述

汽车轻量化技术领域的研发成果相对较少。目前，汽车轻量化制造技术主要包括热成形、激光拼焊、液压成形和3D打印等。除了3D打印之外，其他技术已经成熟并广泛应用于汽车制造，而3D打印等增材制造技术还处于应用探索阶段。

汽车轻量化技术领域鲜有新成果。一方面，汽车轻量化技术的研发往往涉及到材料或设备的研发，从企业运营的角度来看难度大、周期长、成本太大。而如果要更新工艺，可能需要更新汽车生产的冲压、焊接、总装等四个主要环节的生产线和生产设备。设备价格和改造成本高。

另一方面，单纯的汽车轻量化技术效果并不明显，往往会对汽车轻量化技术进行改进，以配合轻量化设计和轻量化材料的研发和使用。在现有制造技术能够满足需求的情况下，企业对汽车轻量化技术的研发需求不大。

内容来源:

【调研报告】汽车轻量化行业深度报告:少即是多加速汽车轻量化-20200825(51页)。pdf "

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本文论述了汽车轻量化、汽车轻量化技术、汽车轻量化材料、汽车轻量化概念。

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